Implementación de un prototipo de automatización y monitoreo del hogar a través de la navegación Web utilizando un microcontrolador AVR32 y el sistema operativo Linux

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(1)ESCUELA POLITÉCNICA NACIONAL. FACULTAD DE INGENIERÍA ELÉCTRICA Y ELECTRÓNICA. IMPLEMENTACIÓN DE UN PROTOTIPO DE AUTOMATIZACIÓN Y MONITOREO DEL HOGAR A TRAVÉS DE LA NAVEGACIÓN WEB UTILIZANDO UN MICROCONTROLADOR AVR32 Y EL SISTEMA OPERATIVO LINUX. PROYECTO PREVIO A LA OBTENCIÓN DEL TÍTULO DE INGENIERO EN ELECTRÓNICA Y TELECOMUNICACIONES. ALEX ALBERTO CASTILLO LEÓN [email protected]. DIRECTOR: ING. FERNANDO FLORES [email protected]. Quito, Febrero 2010.

(2) II. DECLARACIÓN. Yo Alex Alberto Castillo León, declaro bajo juramento que el trabajo aquí descrito es de mi autoría; que no ha sido previamente presentado para ningún grado o calificación profesional; y, que he consultado las referencias bibliográficas que se incluyen en este documento.. A través de la presente declaración cedo mis derechos de propiedad intelectual correspondientes a este trabajo, a la Escuela Politécnica Nacional, según lo establecido por la Ley de Propiedad Intelectual, por su Reglamento y por la normatividad institucional vigente.. Alex Castillo.

(3) III. CERTIFICACIÓN. Certifico que el presente trabajo fue desarrollado por Alex Alberto Castillo León, bajo mi supervisión.. Ing. Fernando Flores DIRECTOR DE PROYECTO.

(4) IV. AGRADECIMIENTOS. A Dios por haberme dado la oportunidad de haber culminado mi carrera universitaria. A mis padres y hermano por su apoyo incondicional. A mis amigos y a las personas que confiaron en mí en los momentos difíciles y me brindaron su ayuda para seguir adelante. Finalmente, al Ing. Fernando Flores por permitirme realizar este proyecto bajo su dirección y por todo su apoyo brindado durante la realización del mismo..

(5) V. DEDICATORIA. Al presente proyecto lo dedico a mis padres y a mi hermano que nunca dejaron de apoyarme para seguir adelante a lo largo de toda mi carrera hasta su finalización con este proyecto..

(6) VI. CONTENIDO. CAPÍTULO 1 MARCO TEÓRICO ............................................................................1 1.1 SEGURIDAD PERSONAL Y DEL HOGAR.................................................... 1 1.1.1 SEGURIDAD PERSONAL ..................................................................... 1 1.1.2 ESTADÍSTICAS DELINCUENCIALES ................................................... 2 1.1.2.1 A nivel Mundial ................................................................................ 2 1.1.2.2 En el Ecuador .................................................................................. 4 1.2 DOMÓTICA................................................................................................... 7 1.2.1 ¿QUÉ ES LA DOMÓTICA? .................................................................... 7 1.2.2 APLICACIONES QUE PUEDEN SER AUTOMATIZADAS .................... 8 1.2.2.1 Control de persianas........................................................................ 9 1.2.2.2 Control del equipo de música ........................................................ 10 1.2.2.3 Control remoto universal ................................................................ 10 1.2.2.4 Control de puertas y ventanas ....................................................... 11 1.2.2.5 Control de la energía eléctrica dentro del hogar ............................ 12 1.2.3 APLICACIONES QUE PUEDEN SER MONITOREADAS .................... 13 1.2.3.1 Detección de movimiento .............................................................. 13 1.2.3.2 Cámaras de vigilancia ................................................................... 14 1.2.3.3 Sensores de Humo ........................................................................ 16 1.2.3.4 Sensores de Temperatura ............................................................. 17 1.2.3.5 Sensores de Luz ............................................................................ 17 1.2.4 CRITERIOS PARA EL DESARROLLO DE UN PROYECTO DE DOMÓTICA ................................................................................................... 18 1.2.4.1 Criterios de usuario:....................................................................... 19 1.2.4.2 Criterios técnicos: .......................................................................... 19 1.2.5 ELEMENTOS DE LA DOMÓTICA........................................................ 19 1.2.5.1 Sensores ....................................................................................... 20 1.2.5.2 Actuadores .................................................................................... 20 1.2.5.3 Sistema de control ......................................................................... 20 1.2.6 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA DOMÓTICO ................................... 21 1.2.6.1 Tipo de arquitectura ....................................................................... 21.

(7) VII. 1.2.6.1.1 Arquitectura Centralizada ........................................................ 21 1.2.6.1.2 Arquitectura Distribuida ........................................................... 22 1.2.6.1.3 Arquitectura Mixta ................................................................... 22 1.2.6.2 Medios de Transmisión.................................................................. 22 1.2.6.2.1 Alámbricos .............................................................................. 22 1.2.6.2.2 Inalámbricos ............................................................................ 23 1.2.6.3 Protocolo de transmisiones ........................................................... 25 1.2.6.3.1 Protocolos Abiertos ................................................................. 25 1.2.6.3.2 Protocolos Propietarios ........................................................... 25 1.2.6.4 Preinstalación Domótica ................................................................ 25 1.2.7 LA DOMÓTICA EN LA ACTUALIDAD.................................................. 26 1.2.7.1 Estados Unidos.............................................................................. 26 1.2.7.2 Japón ............................................................................................. 26 1.2.7.3 Europa ........................................................................................... 27 1.3 MICROCONTROLADORES ....................................................................... 28 1.3.1 BREVE HISTORIA DE LOS MICROCONTROLADORES.................... 29 1.3.2 MICROCONTROLADORES AVR ........................................................ 31 1.3.3 MICROCONTROLADOR AVR 32 ........................................................ 32 1.3.3.1 Memoria SRAM ............................................................................. 34 1.3.3.2 Memoria de programa Flash .......................................................... 34 1.3.3.3 Contador de Programa .................................................................. 34 1.3.3.4 Registro de Estado y de Control .................................................... 34 1.3.3.5 Registros de propósito General ..................................................... 34 1.3.3.6 ALU................................................................................................ 35 1.3.3.7 Memoria EEPROM ........................................................................ 35 1.3.3.8 Periféricos ...................................................................................... 35 1.3.4 MICROCONTROLADOR AT32AP7000 ............................................... 35 1.3.5 TARJETA DE DESARROLLO NGW100 .............................................. 40 1.4 SISTEMAS EMBEBIDOS ............................................................................ 42 1.4.1 SISTEMAS BASADOS EN LINUX: ...................................................... 42 1.4.1.1 OpenWrt. ....................................................................................... 42 1.4.1.2 Busybox. ........................................................................................ 43 1.4.1.3 Android. ......................................................................................... 43.

(8) VIII. 1.4.1.4 Opie ............................................................................................... 43 1.4.1.5 Familiar .......................................................................................... 43 1.4.1.6 MOTOMAGX ................................................................................. 43 1.4.1.7 Access Linux Platform (APL) ......................................................... 44 1.4.1.8 Ubuntu Mobile and Embedded ...................................................... 44 1.4.2 OTROS SISTEMAS EMBEBIDOS: ...................................................... 44 1.4.2.1 Windows Embedded Devices (XP, CE). ........................................ 44 1.4.2.2 QNX. .............................................................................................. 44 1.4.2.3 Nucleus. ......................................................................................... 44 1.5 SISTEMA OPERATIVO LINUX ................................................................... 45 1.5.1 ¿QUÉ ES EL KERNEL? ....................................................................... 45 1.5.1.1 Versiones del kernel en Linux ........................................................ 45 1.5.1.1.1 Versión de producción ............................................................ 45 1.5.1.1.2 Versión de desarrollo .............................................................. 46 1.5.2 SERVIDORES LINUX .......................................................................... 47 1.5.2.1 Servidor Web ................................................................................. 47 1.5.2.2 Servidor Corta-fuegos (Firewall) .................................................... 48 1.5.2.3 Servidor de Correo Electrónico ...................................................... 48 1.5.2.4 Servidor Antivirus y Antispam ........................................................ 49 1.5.2.5 Servidor DHCP .............................................................................. 49 1.5.2.6 Servidor Samba ............................................................................. 50 1.5.2.7 Servidor Proxy ............................................................................... 50 1.5.2.7.1 Servidor Proxy de Aplicación: ................................................. 51 1.5.2.7.2 Servidor Proxy de Socks ......................................................... 51 1.5.2.8 Servidor DNS ................................................................................. 51 1.5.2.9 Servidor Base de Datos ................................................................. 52 1.5.2.10 Servidor NFS ............................................................................... 52 1.5.2.11 Servidor LDAP ............................................................................. 53 1.5.2.12 Servidor FTP................................................................................ 53 1.5.2.12.1 FTP anonymous .................................................................... 53 1.5.2.12.2 FTP privado........................................................................... 53 1.5.3 PROGRAMACIÓN EN LINUX .............................................................. 54 1.6 SERVIDORES WEB.................................................................................... 55.

(9) IX. 1.6.1 FUNCIONAMIENTO DE UN SERVIDOR WEB .................................... 57 1.6.2 ARQUITECTURA ................................................................................. 57 1.6.2.1 Capa servidor ................................................................................ 58 1.6.2.2 Subsistema de recepción .............................................................. 58 1.6.2.3 Analizador de peticiones ................................................................ 58 1.6.2.4 Control de acceso .......................................................................... 58 1.6.2.5 Manejador de recursos .................................................................. 58 1.6.2.6 Registro de transacción ................................................................. 58 1.6.2.7 Capa soporte ................................................................................. 59 1.6.2.8 Util ................................................................................................. 59 1.6.2.9 Capa abstracta del Sistema Operativo (OSAL) ............................. 59 CAPÍTULO 2 DESARROLLO DE HARDWARE ....................................................60 2.1 SELECCIÓN DE LA TARJETA DE DESARROLLO ..................................... 60 2.1.1 CONCEPTOS BÁSICOS...................................................................... 60 2.1.1.1 Arquitectura de la Tarjeta NGW100 ............................................... 61 2.1.1.2 Procesador de la tarjeta NGW100 ................................................. 63 2.1.1.3 Memorias de la tarjeta ................................................................... 64 2.1.1.3.1 Distribución de los espacios en el Disco ................................. 66 2.1.1.4 Líneas I/O ...................................................................................... 66 2.1.1.4.1 Interfaces Ethernet .................................................................. 66 2.1.1.4.2 Interfaces JTAG y NEXOS ...................................................... 67 2.1.1.4.3 Interfaces para los conectores de expansión .......................... 68 2.1.2 CONSIDERACIONES TÉCNICAS ....................................................... 70 2.1.2.1 Requerimientos del sistema.......................................................... 70 2.1.2.2 Especificaciones técnicas del microcontrolador............................. 71 2.2 DISPOSITIVOS DE MONITOREO .............................................................. 77 2.2.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS DISPOSITIVOS DISPONIBLES .......... 77 2.2.1.1 Sensores de Humo ........................................................................ 78 2.2.1.1.1 Detectores de Humo disponibles en el mercado ..................... 78 2.2.1.2 Sensores de Movimiento ............................................................... 81 2.2.1.2.1 Características de algunos sensores de movimiento disponibles en el mercado ........................................................................................ 82.

(10) X. 2.2.1.3 Sensores de Temperatura ............................................................. 84 2.2.1.3.1 Circuitos integrados para medir temperatura .......................... 85 2.2.1.3.2 Circuito integrado LM35 .......................................................... 85 2.2.1.4 Sensores Magnéticos .................................................................... 86 2.2.1.5 Sensado de encendido y apagado de los dispositivos electrónicos .................................................................................................................. 88 2.3 DISPOSITIVOS DE CONTROL O ACTUADORES...................................... 88 2.3.1 CARACTERÍSTICAS DE LOS DISPOSITIVOS DISPONIBLES .......... 89 2.3.1.1 Elementos Opto-eléctricos ............................................................. 89 2.3.1.2 Optoacopladores ........................................................................... 89 2.3.1.3 Elementos Mecánicos.................................................................... 92 2.3.2 CIRCUITOS A IMPLEMENTAR PARA EL CONTROL DEL PROTOTIPO ...................................................................................................................... 93 2.3.2.1 Circuito con el MOC3021 Optotriac ............................................... 93 2.3.2.2 Circuito con el 4N31 Optotransistor ............................................... 94 2.3.2.3 Circuito con Relé ........................................................................... 95 CAPÍTULO 3 DESARROLLO DE SOFTWARE .....................................................96 3.1 SISTEMA OPERATIVO DE LA NGW100 .................................................... 96 3.1.1 CONCEPTOS BÁSICOS...................................................................... 97 3.1.1.1 Como interpretar los números de las versiones............................. 97 3.1.2 CARACTERÍSTICAS DEL LINUX INSTALADO ................................... 98 3.2 SERVIDORES WEB.................................................................................... 98 3.2.1 TIPOS DE SERVIDORES WEB ........................................................... 99 3.2.2 CARACTERÍSTICAS DE LOS SERVIDORES WEB .......................... 100 3.2.2.1 Servidor Apache .......................................................................... 101 3.2.2.2 IIS (Internet Information Service) ................................................. 101 3.2.2.3 Servidor Cherokee ....................................................................... 101 3.2.2.4 Servidor WEB lighttpd.................................................................. 102 3.2.3 TIPOS DE PÁGINAS WEB ................................................................ 102 3.2.3.1 Páginas WEB estáticas ............................................................... 102 3.2.3.2 Páginas WEB dinámicas ............................................................. 102 3.3 PROGRAMACIÓN DE UN MODELO CGI ................................................. 103.

(11) XI. 3.3.1 FUNCIONAMIENTO DE CGI ............................................................. 103 3.3.2 PROGRAMACIÓN DE UN CGI .......................................................... 104 3.3.3 Tipos habituales de CGIs ................................................................... 104 3.3.4 ESCENARIO DE ACTIVACIÓN DE UN CGI ...................................... 105 3.3.5 CONFIGURACIONES BÁSICAS DE LA NGW100............................. 106 3.3.6 SERVIDOR NFS ................................................................................ 107 3.3.7 SERVIDOR TFTP............................................................................... 107 3.3.8 SERVIDOR DHCP Y DIRECCIONAMIENTO IP ................................ 107 3.3.9 SERVIDOR SAMBA ........................................................................... 108 3.3.10 NGW100 COMO RUTEADOR ......................................................... 109 3.3.11 SERVIDOR FTP ............................................................................... 109 3.3.12 TERMINALES .................................................................................. 110 3.3.13 PÁGINAS WEB DINÁMICAS ........................................................... 110 3.3.14 CONFIGURACIÓN DE LAS DIRECCIONES IP ............................... 111 3.3.15 Direccionamiento IP estático ............................................................ 112 3.3.16 Direccionamiento IP dinámico .......................................................... 113 3.4 VARIOS SERVICIOS EN LA NGW100 ...................................................... 114 3.4.1 EXPLICACIÓN DE LAS INTERFACES .............................................. 114 3.4.1.1 Gpio-dev ...................................................................................... 115 3.4.1.2 Gpio-sysfs .................................................................................... 115 3.4.1.3 Estructura del GPIO..................................................................... 115 CAPÍTULO 4 IMPLEMENTACIÓN, PRUEBAS Y COSTO DEL PROTOTIPO ....117 4.1 CIRCUITO ELÉCTRICO IMPLEMENTADO .............................................. 117 4.2 CIRCUITO ELECTRÓNICO IMPLEMENTADO ......................................... 118 4.3 PROTOTIPO IMPLEMENTADO ............................................................... 124 4.4 CONFIGURACIONES REALIZADAS EN LA NGW100 ............................. 126 4.4.1 CONFIGURACIONES REALIZADAS PARA LA CONECTIVIDAD ..... 127 4.4.1.1 Configuraciones de Red realizadas ............................................. 127 4.4.1.2 Configuraciones del Firewall ........................................................ 129 4.4.2 CONFIGURACIONES REALIZADAS PARA LA INTERFACE GPIO.. 130 4.5 CONFIGURACIÓN DEL SERVIDOR WEB ............................................... 136 4.5.1 CONFIGURACIONES DE LA PÁGINA WEB ..................................... 140.

(12) XII. 4.5.1.1 Diseño de la página WEB ............................................................ 141 4.6 PRUEBAS DE FUNCIONAMIENTO .......................................................... 147 4.7 COSTOS DEL PROTOTIPO ..................................................................... 149 4.7.1 COSTOS EXCLUSIVOS DEL PROTOTIPO ...................................... 150 4.7.2 COSTOS ELÉCTRICOS INCURRIDOS............................................. 151 4.7.3 COSTOS ELECTRÓNICOS INCURRIDOS ....................................... 152 4.7.4 COSTOS TOTAL DEL PROTOTIPO.................................................. 153 CAPÍTULO 5 CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES ................................154 5.1 CONCLUSIONES ..................................................................................... 154 5.2 RECOMENDACIONES ............................................................................. 156. GLOSARIO......................................................................................................... 158 REFERENCIAS BIBLIOGRÁFICAS ................................................................... 164 ANEXOS ............................................................................................................ 166.

(13) XIII. ÍNDICE DE FIGURAS Capítulo 1 Marco Teórico. Figura 1. 1: Pirámide de necesidades de Maslow .................................................. 1 Figura 1. 2: Representación de una casa automatizada ........................................ 7 Figura 1. 3: Motor y controlador de persianas ........................................................ 9 Figura 1. 4: Brazo robótico que podría ayudar en la automatización del hogar ... 10 Figura 1. 5: Varios tipos de control remoto universal, con IR o bluetooth para utilizar luego WiFi ................................................................................................. 11 Figura 1. 6: Operador para Puertas automáticas, motores de puertas automáticas ............................................................................................................................. 12 Figura 1. 7: Varios tipos de sensores de movimiento, sensores para ambientes externos, internos, con alarma integrada, ultrasónicos, infrarrojos, sencillos y hasta con cámara para monitoreo incluida. .......................................................... 14 Figura 1. 8: Varios tipos de cámaras de vigilancia. .............................................. 15 Figura 1. 9: Varios Modelos de sensores de humo, con cámara y con actuadores ............................................................................................................................. 16 Figura 1. 10: Gran variedad de sensores, sumergibles, a la distancia, infrarrojos y por contacto.......................................................................................................... 17 Figura 1. 11: Sensores de Luz, vemos que combinan la luz natural con la artificial, medidores del nivel de luz .................................................................................... 18 Figura 1. 12: Placa con un microcontrolador Atmel en sus diversas presentaciones ............................................................................................................................. 28 Figura 1. 13: Diagrama Simplificado del núcleo de la arquitectura AVR .............. 33 Figura 1. 14: Diagrama de bloques de un microcontrolador AVR AT32AP7000 .. 39 Figura 1. 15: Foto de la placa de desarrollo NGW 100 ........................................ 40 Figura 1. 16: Formato ELF: Estructura ................................................................. 55 Figura 1. 17: Interacción entre un servidor Web y el resto del entorno ................ 57 Figura 1. 18: Arquitectura habitual de un servidor Web ....................................... 57.

(14) XIV. Capítulo 2 Desarrollo De Hardware. Figura 2. 1 Elementos de la Tarjeta de desarrollo NGW100 ............................... 60 Figura 2. 2 Alimentación para la Tarjeta de desarrollo NGW100 ......................... 61 Figura 2. 3 Diagrama esquemático de la tarjeta de desarrollo NGW100 ............. 62 Figura 2. 4 Microcontrolador AVR32AP7000 ....................................................... 63 Figura 2. 5 Diagrama de jerarquías de memoria de la tarjeta de desarrollo NGW100............................................................................................................... 65 Figura 2. 6 Distribución física de las memorias en la tarjeta de desarrollo NGW100 ............................................................................................................................. 65 Figura 2. 7 Salida al comando “df” en la tarjeta de desarrollo NGW100 .............. 66 Figura 2. 8 Interface JTAG incluida en la tarjeta de desarrollo NGW100 ............. 67 Figura 2. 9 Interface NEXUS incluida en la tarjeta de desarrollo NGW100 .......... 68 Figura 2. 10 Varios tipos de circuitos integrados que nos sirven para medir la temperatura .......................................................................................................... 85 Figura 2. 11 Distribución de Pines del LM35 ........................................................ 85 Figura 2. 12 Diagrama típico de conexión del LM35 ............................................ 86 Figura 2. 13 Varios tipos de Sensores magnéticos .............................................. 86 Figura 2. 14 Circuito comúnmente montado con los sensores magnéticos ......... 87 Figura 2. 15 Montaje comúnmente utilizado con los sensores magnéticos .......... 87 Figura 2. 16 Varios tipos de relés de pequeña potencia ...................................... 92 Figura 2. 17 Circuito para manejo del la carga con el MOC31XX ........................ 93 Figura 2. 18 Circuito para manejo del la carga con el Opto-Transistor ................ 94 Figura 2. 19 Circuito para manejo del la carga con un relé .................................. 95. Capítulo 3 Desarrollo De Software. Figura 3. 1 Físicamente como luce un servidor WEB de alto rendimiento. .......... 99 Figura 3. 2 Página WEB dinámica incorporada en la NGW100 ......................... 111 Figura 3. 3 Salida de la configuración de la interface ethernet 1 ........................ 112.

(15) XV. Figura 3. 4 Salida de la configuración DHCP de la interface ethernet 1............. 114. Capítulo 4 Implementación, Pruebas Y Costo Del Prototipo. Figura 4. 1 Circuito eléctrico a implementar en el prototipo. .............................. 117 Figura 4. 2 Circuito electrónico implementado en el prototipo. ........................... 121 Figura 4. 3 Circuitos electrónicos implementado para el monitoreo. .................. 122 Figura 4. 4 Placas con el circuito electrónico implementado. ............................. 123 Figura 4. 5 Vista Frontal del Prototipo finalmente ya armado. ............................ 125 Figura 4. 6 Vista superior del Prototipo finalmente ya armado. .......................... 126 Figura 4. 7 Pantalla de la configuración por defecto de la tarjeta NGW100. ...... 128 Figura 4. 8 Distribución de Pines para el conector de expansión J7. ................. 135 Figura 4. 9 Configuración por defecto del fichero httpd.conf del servidor WWW en la NGW100. ........................................................................................................ 136 Figura 4. 10 Proceso para reiniciar el servicio del servidor en la placa de desarrollo NGW100. ........................................................................................... 138 Figura 4. 11 Diagrama de flujo del monitoreo y control del prototipo. ................ 139 Figura 4. 12 Diagrama de flujo del script para control y monitoreo. ................... 140 Figura 4. 13 Página principal para el proyecto de Domótica. ............................. 142 Figura 4. 14 Página de selección entre el monitoreo o control. .......................... 142 Figura 4. 15 Página de monitoreo. ..................................................................... 145 Figura 4. 16 Página de Control........................................................................... 146 Figura 4. 17 Focos del Dormitorio Master y del corredor encendidos. ............... 148 Figura 4. 18 Salidas en la página de monitoreo. ................................................ 148 Figura 4. 19 Salidas en la página de monitoreo antes de las pruebas. .............. 149 Figura 4. 20 Salidas en la página de monitoreo después de las pruebas. ......... 149.

(16) XVI. ÍNDICE DE TABLAS. Capítulo 1 Marco Teórico Tabla 1. 1: Número de delincuentes por cada cien mil habitantes ......................... 3 Tabla 1. 2: Tasa comparativa de homicidios en el Ecuador y provincias de la frontera norte .......................................................................................................... 5 Tabla 1. 3: Tasa de delitos contra la propiedad. Fuente Policía Judicial Nacional del Ecuador ............................................................................................................ 6 Tabla 1. 4: Tasa de delitos contra las personas. Fuente Policía Judicial Nacional del Ecuador (Área de Estadística) .......................................................................... 6. Capítulo 2 Desarrollo De Hardware. Tabla 2. 1 Interfaces físicas Ethernet y su distribución en el S.O. Linux .............. 67 Tabla 2. 2 Pines de Entrada / Salida para el conector de expansión J5Pin out ... 69 Tabla 2. 3 Pines de Entrada / Salida para el conector de expansión J6Pin out ... 70 Tabla 2. 4 Pines de Entrada / Salida para el conector de expansión J7Pin out ... 70 Tabla 2. 5 Símbolos electrónicos de los diferentes Optoacopladores .................. 91 Tabla 2. 6 Tipos de encapsulados de los diferentes Optoacopladores ................ 91. Capítulo 4 Implementación, Pruebas Y Costo Del Prototipo. Tabla 4. 1 Costos exclusivos para el prototipo. .................................................. 150 Tabla 4. 2 Costos eléctricos incurridos. .............................................................. 151 Tabla 4. 3 Costos electrónicos incurridos. .......................................................... 152 Tabla 4. 4 Costos totales del prototipo. .............................................................. 153.

(17) XVII. RESUMEN El presente proyecto consiste en la implementación de un prototipo de automatización y control del hogar basándose en un servidor levantado sobre un sistema operativo Linux y trabajando físicamente sobre una pequeña maqueta que representará al hogar sobre el cual se están automatizando y controlando varios dispositivos electrónicos.. A lo largo del desarrollo de este proyecto se implementan varios tipos de dispositivos tanto de monitoreo como de control, dependiendo de las características de los mismos y de cómo se acoplan a la función deseada.. Para la interface gráfica que se muestra al usuario para el control y monitoreo del hogar lo que se utiliza es una página WEB, misma que para su implementación lo que se ha realizado es montar un servidor HTTP sobre Linux que por sus capacidades de acoplamiento a un hardware mucho más pequeño que cualquier otro sistema operativo, ahorra recursos físicos y se lo puede utilizar en un microcontrolador. Una de las tareas del proyecto es la de instalar y configurar un servidor WEB así como elaborar páginas dinámicas que van a ayudar a realizar tanto el control como el monitoreo del hogar.. En cuanto a la parte física de la implementación, se analizan varias alternativas para una misma solución; de esta manera se puede seleccionar la que permita disminuir los costos y cumplir con los objetivos originalmente propuestos. Se presentan alternativas para el control de varios dispositivos eléctricos como lo son las luces del hogar, las puertas, ventanas así como electrodomésticos comúnmente utilizados que podrían ser televisores o equipos de sonido; todos ellos no son implementados físicamente, pero de todas maneras se deja la propuesta para realizarlo, además de la alternativa adecuada con la cual se puede implementar el mismo..

(18) XVIII. PRESENTACIÓN El desarrollo de la domótica se ha venido dando desde el desarrollo de la computación, las redes cableadas e inalámbricas y especialmente con el desarrollo de las TI (Tecnologías de la Información); por lo que al hablar de la historia de la domótica no se pueden mencionar fechas específicas; sino simplemente hablar de los cambios principales que se dieron para que esta rama de la electrónica tenga en la actualidad una gran acogida por una gran variedad de personas que cada vez más se unen aportando ideas para su desarrollo.. Ya desde 1960 se venían haciendo experimentos con automatismos mecánicos, y de hecho se puede regresar a los primeros inventos destinados a simplificarnos la vida, como el parking con mando a distancia o el control remoto del televisor o cualquier otro electrodoméstico. Pero posteriormente con el crecimiento de la computación y sobre todo con el gran avance de los computadores personales, la domótica fue adentrándose más a la vida cuotidiana debido a la enorme potencia de cálculo y de procesamiento que presenta el mismo; de tal manera que cada vez se le puede programar para realizar una mayor cantidad de tareas y procesos; tanto de control como de cálculo.. Se puede decir que en sí la domótica nace a escala pública en EEUU en la década del 70, tras la crisis petrolera, con el objetivo principal de generar un ahorro de energía en los consumos, tanto de hogares como de edificios. Originalmente la domótica se orientó hacia las grandes industrias a través del desarrollo de los sectores: espacial, químico y electrónico; pero debido a los precios de lanzamiento de los equipos necesarios para su desarrollo; implicaba unas grandes inversiones para conseguir el ahorro de energía deseado para la solventar la crisis.. La domótica apareció realizando tareas básicas dentro del hogar; así en un principio, solo se tenía gestión sobre la calefacción y el aire acondicionado que en ese entonces se hacía de forma aislada; posteriormente se ha ido enfocando en.

(19) XIX. otras áreas como es la detección de movimiento, el control de luces y de otros electrodomésticos.. Este proyecto propone la implementación de un servidor WEB que mostrará la interface gráfica al usuario final a través de una página dinámica que se actualizará manualmente con la información del hogar según sea solicitado por el usuario final. Además utilizará el sistema operativo Linux, tanto para hacer el monitoreo, levantar el servidor web y para realizar el control de los periféricos implementados para el manejo de los elementos automatizados.. La solución implementada consiste en un módulo central que a la vez hace de servidor HTTP y de cerebro del hogar automatizado, pues en él se implementan todas las tareas a automatizar y los elementos a monitorear; siendo la placa NGW100 la que actúa como principal elemento del proyecto tanto para el control como para la presentación al usuario final del mismo..

(20) 1 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. Capítulo 1 MARCO TEÓRICO 1.1 SEGURIDAD PERSONAL Y DEL HOGAR 1.1.1 SEGURIDAD PERSONAL Si se inicia este estudio analizando las necesidades básicas del hombre se puede observar que la seguridad ocupa un lugar muy importante dentro de estas; esto se puede observar en la pirámide de necesidades del hombre mostradas por Maslow1:. Figura 1. 1: Pirámide de necesidades de Maslow. En la figura 1.1 se observa que la seguridad es una necesidad vital ya que está solo después de las fisiológicas que sería comer y dormir entre otras, por lo que ocupa un lugar muy importante en la mente de cada individuo.. Es así que siempre se está buscando de una u otra manera la forma de estar más seguros, nunca estando satisfechos con el nivel de seguridad con el que se cuenta en un determinado momento y siempre se requiere de más, por este motivo es que cada día se observa más y más gente viviendo en zonas residenciales, en condominios privados, o contratando incluso personal de seguridad; como es el caso de los guardias privados, para mejorar el tema de la seguridad personal.. 1. http://es.wikipedia.org/wiki/Abraham_Maslow.

(21) 2 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. Entonces si se analiza esta necesidad desde el punto de vista de Maslow quien nos comenta que la necesidad de seguridad queda satisfecha con informaciones que garantizan al individuo la provisión futura de medios de satisfacer sus necesidades básicas. Es posible que un individuo esté en escalones superiores, es decir, considere asegurada la provisión de sus necesidades básicas, y un suceso inesperado le haga caer al escalón de la seguridad. Estos sucesos que modifican la escala de necesidades son informaciones que se reciben, se interpretan y que se valoran en función de la cultura y una experiencia anterior.. Se puede decir que por más seguro que uno se sienta en una etapa de la vida, siempre está pendiente poder tener más de seguridad con respecto a algo o alguien, de esta manera es indispensable poder sentir esta seguridad a nivel personal y de lo material que a uno lo rodea y que de una manera u otra se lo puede sentir como propio.. 1.1.2 ESTADÍSTICAS DELINCUENCIALES. 1.1.2.1 A nivel Mundial Actualmente nadie puede sentirse seguro ya que las altas tasas delincuenciales que se observan a nivel mundial lo obligan a verse dentro de esta situación, más aún si se encuentra en un país tercermundista como lo es el Ecuador.. Como se puede observar de los datos mostrados en la Tabla 1.1 los países anglosajones encabezan la lista de países con un mayor número de crímenes cometidos en lo que va del año 2010; pero hay que tomar en cuenta que los países sudamericanos no se quedan atrás, esto debe llevar al análisis profundo de que es lo que sucede en esta comunidad y de hacerse la pregunta de qué tan seguros se está hoy por hoy en las casas o en cualquier lugar en el que uno se encuentre..

(22) 3 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. Tabla 1. 1: Total de Crímenes registrados en lo que va del año 2010 a nivel mundial2. Además se pueden observar otras estadísticas tomadas de la página de la Interpol3 que hablan a cerca de más números que deben hacer reaccionar a cerca de la seguridad que se tiene y de si en verdad se está seguro: 2 3. http://www.nationmaster.com/graph/cri_tot_cri-crime-total-crimes http://www.interpol.int/Public/Statistics/ICS/downloadList.asp.

(23) 4 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. •. El número de presos en el mundo es aproximadamente 8.600.000 personas, lo que representa aproximadamente que hay 1,4 presos por cada 1.000 habitantes, considerando que hay aproximadamente unos 6.100.000.000 de habitantes en el conjunto del mundo.. •. La mitad de todos los presos del mundo se encuentra en tres países: Estados Unidos (1,85millones), China (1,4millones) y Rusia (1,05 millones).. •. La mayor tasa de presos en relación a la población del país la tiene Rusia con 730 presos por cada 100.000 habitantes. Le siguen, por este orden: Estados Unidos con 680, las Islas Caimán con 665, Bielorrusia con 575, Kazajstán con 495, Bahamas con 485, las islas Vírgenes estadounidenses con 475, Belice con 460 y Kirgistán con 440.. •. Los países de habla hispana no se quedan atrás mostrando los siguientes datos de presos por cada cien mil habitantes Costa Rica 230, El Salvador 110, Guatemala 70, Honduras 175, México 145, Nicaragua 145, Panamá 305, Cuba 295, República Dominicana 170, Puerto Rico 435, Argentina 105, Bolivia 100, Chile 205, Colombia 155, Ecuador 70, Paraguay 75, Perú 105, Uruguay 190, Venezuela 100 y España 110, en Brasil son 115. Lo que indica que pese al alta tasa delincuencial a nivel mundial, el número de personas apresadas en cada país no es ni el 10% del total de delincuentes que existen, por lo que la inseguridad que sienten los individuos es muy alta dependiendo del lugar de residencia de cada uno. 1.1.2.2 En el Ecuador Luego de observar estas cifras que se presentan a nivel mundial se puede ver que la situación en el Ecuador no es muy diferente al resto del mundo porque está inmerso dentro de una sociedad en la cual nadie está exento de peligro, cualquier dispositivo o servicio que brinde seguridad será bien acogido por el usuario, siempre y cuando sea factible para su bolsillo y adquisición,. es así.

(24) 5 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. que se puede observar cuales son las cifras delincuenciales en el Ecuador concentrándose en las ciudades y provincias en las cuales se tiene una mayor cantidad de delitos según la Policía Judicial del Ecuador4 como lo son las provincias del norte que limitan con Colombia, y las ciudades más grandes del Ecuador como Quito y Guayaquil; así se puede ver una comparación de estos datos mencionados:. Tabla 1. 2: Tasa comparativa de homicidios en el Ecuador y provincias de la frontera norte. Como se muestra en la tabla 1.2 los índices delincuenciales en la frontera norte son muy altos, al igual que los de todo el Ecuador; estos datos son comparativos con una muestra de cien mil habitantes. Según la Dirección Nacional de la Policía Judicial, las provincias que mayor índice delincuencial presentan en la actualidad son: Pichincha y Guayas, cuyas capitales son las dos ciudades más importantes del país, Quito y Guayaquil, respectivamente. En menor medida, según esta misma fuente, se encuentran las provincias de Manabí, El Oro, Los Ríos, Esmeraldas, Azuay, Imbabura y Chimborazo.. Como se puede ver en la Tabla 1.3 y en la Tabla 1.4 los niveles delincuenciales son más altos en la frontera norte del Ecuador debido a la gran cantidad de colombianos que han huido de la guerrilla y han ingresado al Ecuador por estos sectores, y esto lo sabe toda la población ecuatoriana que hace todo lo que se tiene a su alcance para lograr más seguridad.. 4. http://www.ecoi.net/file_upload/432_1197016583_cs-completa-definitiva-es.pdf.

(25) 6 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. Tasa por cien mil habitantes. Tasa de delitos contra la propiedad 700 600 500 400. Esmeraldas Carchi. 300. Sucumbíos 200. Ecuador. 100 0. 2000. 2002. 2003. 2004. Esmeraldas. 606,4. 405,5. 517,1. 445,5. Carchi. 360,8. 331,8. 266,3. 255,5. 546. 615,4. 575,3. 486,2. 580,6. 511,3. 460,3. 486,3. Sucumbíos Ecuador. Tasa por cien mil habitantes. Tabla 1. 3: Tasa de delitos contra la propiedad. Fuente Policía Judicial Nacional del Ecuador Tasa de delitos contra las personas 450 400 350 300 250. Esmeraldas 200. Carchi. 150. Sucumbíos. 100. Ecuador. 50 0. 2000. 2002. 2003. 2004. Esmeraldas. 153,2. 155,2. 204,5. 250,1. Carchi. 63,2. 85,7. 43,2. 54,4. Sucumbíos. 159,3. 399,4. 294,3. 264,8. Ecuador. 92,9. 133,2. 127,4. 140,2. Tabla 1. 4: Tasa de delitos contra las personas. Fuente Policía Judicial Nacional del Ecuador (Área de Estadística). Todos estos datos reflejan que la delincuencia en el país progresivamente está creciendo de tal manera que actualmente nadie puede sentirse seguro, y hace todo lo posible para obtener más seguridad, automatizando. el. esto se lo puede obtener. hogar de una manera que uno pueda enterarse desde.

(26) 7 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO cualquier punto en el que uno se encuentre como se está el hogar y los seres a los cuales uno quiere; pues sabiendo donde están y que están haciendo uno se siente más seguro con respecto a ellos.. 1.2 DOMÓTICA. Figura 1. 2: Representación de una casa automatizada. 1.2.1 ¿QUÉ ES LA DOMÓTICA? Como se puede observar en la figura 1.2 que representa una casa automatizada, es muy amplia la gama de opciones que se tienen para automatizar y monitorear; dependiendo de los recursos y necesidades, siempre teniendo la oportunidad de seguir creciendo en el proceso de automatización y control.. Para poder entender lo que se desea realizar en este proyecto, se debe primero aclarar el concepto de lo que es la domótica; varios autores han intentado definir lo que es, pero brindando una recopilación de todos ellos se puede decir que la domótica es la parte de la electrónica de automatización y control que es aplicable a los hogares o edificios, para hacer la vivienda más placentera y cómoda, brindando además un ahorro de energía y mejorando notablemente la seguridad que se presenta en un hogar..

(27) 8 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. Si se busca en un diccionario la definición de la palabra domótica, se puede ver que la enciclopedia Larousse definía en 1988 el término domótica como: "el concepto de vivienda que integra todos los automatismos en materia de seguridad, gestión de la energía, comunicaciones, etc."; entonces como se puede ver este concepto ya viene desde hace varios años atrás, en donde se ha venido investigando al respecto teniendo una gran cantidad de avances; sobre todo con el adelanto de las Tecnologías de la Información que son ampliamente aplicables en este campo.. Si se va a los inicios, etimológicamente la palabra domótica surgió del francés "Domotique" unión entre domus (casa en latín) y robótica (de robótica, esclavo en checo); pero si se va a dar una definición un poco más técnica se puede decir que la domótica es un conjunto de servicios prestados a una vivienda por parte de sistemas electrónicos que realizan varias funciones como control y monitoreo, conectándose a redes ya sea internas o externas; de tal manera que garantizan mayor seguridad, confort y comodidad a los usuarios; obteniéndose además un notable ahorro de energía, una eficaz gestión técnica de la vivienda, una buena comunicación con el exterior y un alto nivel de seguridad.. 1.2.2 APLICACIONES QUE PUEDEN SER AUTOMATIZADAS Si se va a enumerar que aplicaciones se pueden automatizar en el hogar, uno se puede sorprender al visualizar todo lo que se maneja y controla remotamente gracias a la ayuda de lo que actualmente se conoce como las Tecnologías de la Información; ya que prácticamente todo lo que se pueda imaginar se realizaría mediante un computador y su respectivo periférico de adaptación de control al dispositivo.. Es así que se puede realizar una pequeña lista de qué se podría controlar y automatizar dentro del hogar, tomando en cuenta que según la complejidad del elemento puede ser más o menos costosa la automatización del mismo..

(28) 9 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. 1.2.2.1 Control de persianas Un ejemplo de domótica aplicada es el siguiente: si uno se encuentra fuera del hogar resulta muy útil la simulación de que dentro de la casa hay personas habitando; esto sería por precaución para ahuyentar a intrusos o ladrones de nuestro hogar. El hecho de abrir una persiana sería de gran utilidad, pues el hecho de movimiento dentro de la casa ya no facilita tanto el proceso al ladrón. Esto se podría realizar de varias maneras teniendo los elementos necesarios; pues simplemente con la ayuda de un motor conectado a la persiana y el software respectivo en el servidor se podría realizar este control.. La parte complicada de este mecanismo es en sí la presencia de un mecanismo no solo electrónico, sino mecánico se podría ocasionar sobrecargas en los puertos de salida del controlador; pero con el hardware respectivo se podría controlar sin ningún inconveniente.. Figura 1. 3: Motor y controlador de persianas. En la figura 1.3 se puede observar un motor que puede ser adaptado al ordenador para realizar el control de las persianas; tomando en cuenta que debería realizarse un pequeño cambio de tal manera que puede controlarse con el ordenador. De este tipo de motores encontramos una gran variedad en el mercado; y según los requerimientos del usuario sus precios pueden variar desde los 50 hasta los 300 dólares.

(29) 10 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO 1.2.2.2 Control del equipo de música Para activar el equipo de música se pueden tener varias opciones, dependiendo de cada economía se podría adaptar la solución más económica o la más costosa de acuerdo al nivel de comodidad que se desea o a las preferencias de cada uno; así la solución podría ir desde tener un emisor de infrarrojos asociado al ordenador, además de haber memorizado la señal del mando que activaría dicho equipo, se podría manipular en equipo electrónico abriéndolo y colocando nuevos circuitos asociados al computador, de tal manera que reciba la señal eléctrica desde el controlador y realice la orden deseada; o aunque más costoso, hasta podríamos optar por la vía más "cinematográfica", con un pequeño brazo robótico que pulsaría un botón para encender el dispositivo.. Figura 1. 4: Brazo robótico que podría ayudar en la automatización del hogar. En la figura 1.4 se observa un equipo de sonido al cual se lo podría manipular para encenderlo o apagarlo automáticamente; podría automatizarse con la ayuda de un led infrarrojo o llegando a los extremos de utilizar un brazo mecánico como el mostrado en la figura.. 1.2.2.3 Control remoto universal Esta manera de automatizar todo no sería tan independiente, pero sería de una gran ayuda para el usuario, de tal manera que sin levantarse de su lugar en el que se encuentre dentro del hogar, podría con un control remoto, prender el equipo de sonido; con el mismo control y apuntando al mismo lado, que podría ser un concentrador de dispositivos inalámbricos,. prender o apagar el televisor,. encender la estufa de la cocina, abrir la puerta del garaje o de la casa, encender o apagar el computador o el aire acondicionado, de tal manera que todo funcione.

(30) 11 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO inalámbricamente lo que podría ser con la ayuda de una tecnología inalámbrica como lo podría ser el WIFI y de esta manera se pueda enviar las señales a todos los dispositivos controlados.. Figura 1. 5: Varios modelos de control remoto universal, con IR o bluetooth inclusive WiFi. Como se puede observar en la figura 1.5 existen varios modelos de control remoto que permiten ser utilizados con diferentes dispositivos; pero las limitaciones. de. un. control. remoto. IR es. que. debe. estar. cerca. del. electrodoméstico, y que las señales de control de todos ellos no son las mismas, mientras que uno con bluetooth facilita un poco más el trabajo de control, pero tiene la limitación de que no todos los electrodomésticos cuentan con este módulo, pese a que los nuevos equipos ya lo tienen. La mayor limitación de utilizar WiFi para este tipo de control, es que ningún electrodoméstico actual tiene incorporado este módulo, pero al montarle el mismo facilitaría de una manera notable el manejo de los equipos desde un solo concentrador con una señal de control similar desde un mismo control remoto.. 1.2.2.4 Control de puertas y ventanas Con la ayuda de motores se puede controlar la apertura de puertas y ventanas; el control de puertas de forma automático cada vez es más utilizado en hogares comunes y de clase media-alta como un nivel básico de seguridad; especialmente en lo que se refiere a estacionamientos y garajes. Pero lo que es el control de ventanas no es muy difundido, pese a que es muy sencillo de implementar y puede utilizar el mismo concepto de las puertas automáticas..

(31) 12 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO Es así que de acuerdo a la necesidad de la puerta y además por estética ya se han realizado varios tipos de trabajos con respecto a las puertas automáticas, mismas que las hay de varios precios desde los 100 dólares las más sencillas hasta 1000 dólares unas más elegantes y confiables.. Figura 1. 6: Operador para Puertas automáticas, motores de puertas automáticas. Como se observe en la figura 1.6, para operar las puertas de manera automática, solo es necesario un motor y un juego de palancas, de tal manera que realicen el trabajo de apertura y cierre de las puertas. Tradicionalmente estos sistemas trabajan con radio frecuencia ya que se emplea controles remotos para la apertura y cierre de las mismas; una tecnología similar se podría utilizar para las ventanas.. 1.2.2.5 Control de la energía eléctrica dentro del hogar Dentro de este campo es que la domótica más profundamente se ha introducido, ya que básicamente todos los electrodomésticos funcionan con energía eléctrica; entonces al tener el control de la misma, se puede tener un total dominio sobre el funcionamiento o no de los electrodomésticos dentro del hogar, y de esta manera se puede controlar el encendido o apagado de cualquier aparato electrónico, incluidos aquí la ducha eléctrica, refrigeradora, microondas, luces de habitaciones y pasillos, computadores, televisores, calefones, termostatos, aire acondicionado, entre otros electrodomésticos, simulando la presencia de alguien en dentro del hogar sin necesidad de que esto sea real.. Para poder realizar esta gestión la domótica se ayuda de temporizadores, relojes programadores, termostatos, etc. También se aprovecha de la tarifa nocturna, mediante acumuladores de carga, almacenando energía para el funcionamiento de los equipos durante el día..

(32) 13 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO 1.2.3 APLICACIONES QUE PUEDEN SER MONITOREADAS La domótica no solo consta de la parte de automatización, sino que también nos presenta soluciones para el monitoreo; esta aplicación es el complemento del control y la automatización; ya que de esta manera podemos tomar decisiones de las acciones que debemos tomar con respecto a un tema determinado. Si se tiene un sensor de movimiento monitoreando un pasillo por ejemplo podemos tomar la decisión de encender la luz del mismo en el momento que se detecte movimiento sobre éste y de esta manera es que los dos mecanismos, tanto de monitoreo como el de control se complementan entre sí.. Al igual que las aplicaciones que podemos controlar, un número igual se tiene de opciones a monitorear, y enumerar todas ellas sería muy difícil, por lo que se enumerará un ejemplo de las principales para proceder a tomar decisiones con respecto a los datos que se obtengan de la muestra. Así se tienen los siguientes ejemplos de situaciones a monitorear:. 1.2.3.1 Detección de movimiento Esta es una de las primeras aplicaciones de la domótica que fueron desarrolladas, y esto es debido a la gran ayuda que presta esta opción en el ahorro de energía y en la toma de decisiones de control del hogar, ya que la presencia o no de movimiento en un determinado sector, nos puede dar la pauta para tomar la decisión de encender un foco automáticamente de tal manera que no se consuma energía eléctrica cuando no sea necesario.. De lo antes mencionado se pueden tomar una gran variedad de alternativas para detectar el movimiento, al igual que muchas aplicaciones que se beneficiarían de este monitoreo; pero el elemento principal que se debería utilizar para la detección son precisamente los sensores de movimiento; mismos que los hay de varias clases de acuerdo a las utilidades para las cuales se los necesite, y de la misma manera los precios de éstos también pueden variar desde los 5 dólares fabricando uno mismo los sensores; hasta los 100 dólares en donde el sensor por si solo ya podría tomar algún tipo de decisión; diciéndose que los precios varían dependiendo de la utilidad y complejidad del sensor..

(33) 14 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. Figura 1. 7: Varios tipos de sensores de movimiento, sensores para ambientes externos, internos, con alarma integrada, ultrasónicos, infrarrojos, sencillos y hasta con cámara para monitoreo incluida.. Como se puede observar en la figura 1.7 la tecnología para poder realizar los sensores de movimiento depende del ambiente en el que se va a encontrar el mismo; como vemos existen algunos que utilizan el ultrasonido para enviar la información de detección, mientras que otros utilizan el infrarrojo, además dependiendo del ambiente en el que se va a encontrar el dispositivo, también se puede encontrar mayormente o menos protegidos, claro que dependiendo de la utilidad del mismo varían los precios, como se puede apreciar incluso se puede encontrar detectores de movimiento con cámara de video incluida o con una alarma para indicar la presencia dentro de las inmediaciones del sensor.. 1.2.3.2 Cámaras de vigilancia Una gran ayuda para el monitoreo y la vigilancia de los hogares o cualquier otro tipo de vivienda son las cámaras de video, ya que con ellas a más de detectar la presencia de alguien en las inmediaciones del hogar, se puede visualizar quien es el que está cerca de la vivienda o cual es la persona que.

(34) 15 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO desea ingresar además de qué está realizando, para de acuerdo a ello proceder a realizar las acciones respectivas.. Al igual que para todas las situaciones a monitorear se tiene una gran variedad de alternativas para utilizar las cámaras de vigilancia, y dependiendo de ellas, se puede emplear un cierto tipo de cámara, tomando en cuenta también costos y características que va a tener la alternativa seleccionada.. Un ejemplo claro es el de un sistema de vigilancia, el cual se puede configurar de tal manera que si alguien se acerca a la puerta, la cámara grabe durante el tiempo en el que la cámara detecte movimiento, enviando asimismo un mensaje al móvil o correo, en este caso, la cámara actúa como sensor. El ordenador tiene ejecutándose un programa que detecta cualquier cambio en la imagen enviada por la cámara. Cuando se produce este cambio, el equipo guarda en un archivo el audio y vídeo que le está llegando, y si está conectado a Internet o a un teléfono móvil, activa un programa que envía un mensaje a un número predeterminado. Quedando claro que éste sistema no puede aplicarse en una casa en la que se puedan producir muchos movimientos en el exterior, como una planta moviéndose, cambios de luz producidos por coches que pasan, etc, dado que se estaría recibiendo alertas cada pocos minutos.. Figura 1. 8: Varios tipos de cámaras de vigilancia.. En la figura 1.8 se puede observar una gran cantidad de tipos de cámaras de video, entre las que se tienen las cámaras sencillas más utilizadas que son a color o blanco y negro, para exteriores con zoom, sistemas de varias cámaras de vigilancia, con su monitor, cámaras para interiores, para exteriores, para transmitir.

(35) 16 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO directamente sobre IP, y finalmente las cámaras espías ocultas, que pueden estar dentro de los sensores de humo o junto a lámparas de pasillos. Pueden ser utilizadas en diferentes aplicaciones y dependiendo de esto pueden ser seleccionadas. Su precio puede ir desde los 50 dólares, para mini cámaras o hasta los 1000 dólares para aquellos sistemas con varias cámaras, y con su respectivo monitor para visualizar las imágenes correspondientes.. 1.2.3.3 Sensores de Humo Una gran ayuda para la seguridad del hogar es la utilización de los sensores de humo, ya que de esta manera se puede detectar incendios o cualquier otro tipo de anormalidades de este tipo dentro del hogar, como sería el caso de graves cortocircuitos, que podrían causar mayores consecuencias como puede ser el daño del electrodoméstico o hasta un incendio de grandes magnitudes.. Si uno se introduce en este campo puede observar que existe una gran variedad de recursos que pueden servir en este tipo de monitoreo, y de igual manera se presenta una variedad de tipos de sensores, al igual que sus precios; mismos que pueden ir desde los 50 dólares hasta los 500 dólares los más sofisticados que además de la detección de humo tienen cámara de video para informar de lo que sucede y un sistema completo de control de lo acontecido.. Figura 1. 9: Varios Modelos de sensores de humo, con cámara y con actuadores. En la figura 1.9 se puede observar varios tipos de sensores de humo, que por lo general son para colocarse en el techo de una habitación; pero como se observa en la figura también hay para colocarlos en pisos o en cualquier otro lugar deseado..

(36) 17 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO 1.2.3.4 Sensores de Temperatura Otra aplicación que también puede ser monitoreada podría ser la temperatura de un determinado lugar o habitación, esto con el objetivo de poder encender algún actuador al respecto, como sería el caso del aire acondicionado o la calefacción dependiendo del la temperatura marcada por el sensor, con respecto a esta aplicación también existen a la venta dispositivos que nos facilitan esta tarea. Estos sensores están entre los 40 dólares y los 200 dólares dependiendo de la aplicación específica en la que se va a utilizar el mismo y de la cobertura que éste vaya a tener.. Figura 1. 10: Gran variedad de sensores, sumergibles, a la distancia, infrarrojos y por contacto.. En la figura 1.10 vemos varios tipos de sensores entre los que se tiene los sumergibles, que se emplean para medir temperaturas de líquidos, los infrarrojos, los que se emplean a distancia que se los utiliza para habitaciones o lugares amplios y los que son por contacto que para medir la temperatura necesitan entrar en contacto con el objeto a medir. Dependiendo de la utilidad que se le va a dar al mismo debe ser su selección e implementación.. 1.2.3.5 Sensores de Luz Estos son muy utilizados cotidianamente y pueden ser evidenciados en varias aplicaciones por ejemplo los que son utilizados en el alumbrado público, que hacen encender las lámparas de los postes eléctricos en el momento en que ya no hay luz solar. El monitorear la presencia o no de luz en un sector determinado, hace ahorrar energía eléctrica de gran manera, pues no enciende las lámparas hasta que esto sea necesario..

(37) 18 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO Se pueden utilizar este tipo de dispositivos para el hogar pero para lugares externos, como sería el caso de patios o la entrada principal de las casas, ya que de esta manera estas luces se encenderán en el momento que ya este obscuro y sea estrictamente necesario la presencia de una luz artificial a su alrededor, también se puede simplemente utilizar este tipo de sensores como un aviso o una alarma en la que nos indique que ya es necesario encender una lámpara, y en ese momento avisar al usuario si en verdad se necesita actuar al respecto o puede seguir igual sin acción alguna.. Figura 1. 11: Sensores de Luz, vemos que combinan la luz natural con la artificial, medidores del nivel de luz. Como se observa en la figura 1.11 los sensores de luz los hay de varias formas y utilidades, desde los que ya tienen incorporado una lámpara y van combinando la intensidad de luz entre la luz natural y la artificial dada por la lámpara, hasta los dispositivos que simplemente nos entregan la cantidad de luminosidad que existe en un determinado sector. De la misma manera varían los precios de estos dispositivos, desde los 20 dólares por el sensor solamente, hasta los 200 dólares con todo el equipo especializado para realizar la medición, claro que también está la opción de hacer manualmente el sensor con fotorresistencias y de esta manera se reducen los costos significativamente.. 1.2.4 CRITERIOS. PARA. EL. DESARROLLO. DE. UN. PROYECTO. DE. DOMÓTICA En el nacimiento de cualquier nueva tecnología o servicio, el grado de implicación de la parte técnica es alto y se tiende a complicar su uso por la incorporación de cientos de funciones, programaciones, etc. En el caso de servicios o sistemas orientados a usuarios finales, esta tendencia agrava la.

(38) 19 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. situación porque el usuario se encuentra ante un sistema que técnicamente puede ser muy aceptable pero que en la práctica, ante cualquier evento, al usuario le producirá confusión, desconcierto y finalmente rechazo.. Ante la elección de un sistema de automatización de viviendas, se deben observar dos tipos de criterios. Los de usuario y los técnicos.. 1.2.4.1 Criterios del usuario: •. Posibilidad de realizar la preinstalación del sistema en la fase de construcción.. •. Facilidad de ampliación e incorporación de nuevas funciones.. •. Simplicidad de uso.. •. Grado de estandarización e implantación del sistema.. •. Variedad de elementos de control y funcionalidades disponibles.. •. Tipo de Servicio posventa.. 1.2.4.2 Criterios técnicos: •. Tipo de arquitectura.. •. Topología.. •. Velocidad de transmisión.. •. Medios de transmisión.. •. Tipo de protocolo.. •. Fabricación de elementos por terceras partes.. 1.2.5 ELEMENTOS DE LA DOMÓTICA Para entender la domótica, hay que conocer a sus protagonistas, los elementos que son necesarios para convertir una casa en un templo de la tecnología de automatización..

(39) 20 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO 1.2.5.1 Sensores Necesarios en todos los sistemas en los que el ordenador deba tomar una decisión, dado que son sus oídos, ojos, y manos. Pueden ser tanto de presión (sensores diferenciales), ópticos (fotoresistencias o fotodiodos), o acústicos (que en el fondo son sensores de presión). También pueden ser sencillos, enviando una señal tipo "he detectado algo", o más complejos, enviando flujos de información como imágenes y sonido en tiempo real.. 1.2.5.2 Actuadores Los músculos del equipo de control, dado que son capaces de accionar sistemas electromecánicos. Pueden ser simples interruptores que accionan motores eléctricos de diferente potencia, relés para activar o desactivar circuitos eléctricos, o controladores más complejos para enviar una potencia determinada dependiendo de la señal recibida.. En algunos casos, la potencia requerida para mover un motor puede ser suficientemente alta como para que sea conveniente proteger el ordenador de posibles subidas de tensión que podrían dañarlo. Para ello podemos utilizar optoacopladores u otros sistemas de protección eléctrica similares, cuyo principal cometido es impedir que anomalías en la alimentación eléctrica lleguen al muy sensible equipo informático.. 1.2.5.3 Sistema de control Si se ha hablado de los ojos, las manos, y los músculos de este sistema, está claro que le falta algo: cerebro. El sistema de control será el encargado de tomar las decisiones correctas en todo momento. Normalmente se tratará de un ordenador que siempre estará encendido, aunque también puede haber sistemas no centralizados que tomen decisiones independientes. Para que el ordenador se convierta. en. un. verdadero. cerebro. pensante. se. debe. programarlo. adecuadamente, dado que con estas líneas se dirá qué se debe hacer en cada situación..

(40) 21 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO Los elementos de campo (detectores, sensores, captadores, etc.), transmitirán las señales a una unidad central inteligente que tratará y elaborará la información recibida. En función de dicha información y de una determinada programación, la unidad central actuará sobre determinados circuitos de potencia relacionados con las señales recogidas por los elementos de campo correspondientes.. 1.2.6 DESCRIPCIÓN DE UN SISTEMA DOMÓTICO Dentro de un sistema domótico existen una variedad de criterios que deben ser tomados en cuenta para la descripción del mismo, como sería el caso del tipo de arquitectura que se va a considerar para la instalación del sistema, los medios de transmisión a emplear, el protocolo de comunicaciones a utilizar en el desarrollo del proyecto y finalmente la preinstalación para domótica. Basándonos en estos criterios se facilita la labor del desarrollo del proyecto, además que brinda mayor facilidad de crecimiento a futuro del proyecto.. 1.2.6.1 Tipo de arquitectura El tipo de arquitectura utilizado en la domótica se refiere al modo en que se van a ubicar los diferentes elementos de control del sistema; es decir este criterio se refiere a donde reside la inteligencia del sistema domótico; es así que se pueden presentar tres tipos de arquitecturas:. 1.2.6.1.1 Arquitectura Centralizada Es aquella en la que existe un módulo o procesador central que recibe la información de los sensores ubicados en cualquier lugar del hogar, este equipo procesa la información recibida y envía la información al respectivo actuador en el lugar correspondiente que este se encuentre; una desventaja de este sistema es que si algo le sucede al módulo, sería el colapso de todo el sistema de monitoreo y actuación; además del cableado necesario para llegar desde cada sensor al módulo central..

(41) 22 Capítulo 1: MARCO TEÓRICO. 1.2.6.1.2 Arquitectura Distribuida Para este tipo de arquitectura, toda la inteligencia se encuentra distribuida por todos los módulos, es decir por los sensores o actuadores, cada elemento tiene su propia capacidad de proceso y puede ser ubicado en cualquier parte de la vivienda, esta arquitectura es más común en los sistemas de cableado tipo bus o inalámbricos.. 1.2.6.1.3 Arquitectura Mixta Son sistemas en los cuales se utiliza sensores o actuadores que por si solos ya pueden procesar información, pero ésta la envían a los demás elementos dentro del sistema de automatización, este es el tipo de arquitectura utilizado por sistemas completamente inalámbricos como lo es el caso de los sensores Zigbee.. 1.2.6.2 Medios de Transmisión Como en cualquier otro tipo de sistema se puede utilizar medios de transmisión cableados o inalámbricos, dependiendo del lugar en donde se vaya a implementar la automatización del hogar y del acceso que se tenga en el mismo; claro sin dejar de lado lo que se refiere a costos de elemento y de instalación, así se pueden clasificar los medios de transmisión para un sistema domótico en:. 1.2.6.2.1 Alámbricos •. Líneas de distribución de la Energía Eléctrica.- Si bien este no es el mejor medio de transmisión para las señales de control, es uno de los más utilizados, debido a que las señales viajan a través de un medio ya establecido en las instalaciones del hogar por lo que no requiere un medio adicional para el transporte de las mismas, siendo el costo de instalación nulo pese a que no permita una velocidad de transmisión alta y corran un mayor riesgo los equipos de control por estar utilizando el mismo medio de señales de voltaje y corrientes altas..